KR910003113B1 - 가스 분리공정 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

가스 분리공정
제1도는 통합된 투과막 및 압력진동 흡착시스템을 사용한 본 발명의 가스 분리공정의 구현을 나타낸 개요도.
제2도는 고순도 가스생성물의 회수를 위한 PSA계를 2단계 투과막 시스템과 결합시켜 사용한 본 발명의 다른 구형을 나타낸 개요도.
제3도는 다른 2단계 막 시스템을 고회수 수준에서 얻은 고순도의 생성가스를 얻는 PSA시스템과 통합시킨 본 발명의 가스 분리공정의 구현을 나타낸 개요도.
본 발명은 가스분리에 관한 것이다. 보다 상세하게는 가스 분리조작에서 고순도의 생성물 회수를 높이려는데 관한 것이다.
가스 혼합물중 하나의 성분을 선택적으로 투과시킬 수 있는 투과막은 유리한 것으로 생각되어져 왔으며, 가스분리를 이룩하기에 잠정적으로 가장 바람직한 방법으로 생각되어져 왔다. 생각하는 정도에 따라, 그 같은 막의 사용은, 막을 통과한 미세한 압력이 증가됨으로서 증가된 막을 통과한 여러 투과성분의 투과로 인하여, 그의 반대편에서 유지된 분화압력에 의존한다. 그러나, 막 자체의 강도 분리상의 압축비용등 같이 실제 조작상의 문제로 압력분화는 제한된다. 그같은 인자 때문에 투과막의 사용과 관련된 순도 및 생성물 회수는 비교적 높은 질의 가스유체가 되게 해준다.
단일단계 막 시스템이 본 분야에서 바람직한 순도의 생성물을 이룩할 수 없는 가스 분리조작이기 때문에, 2단계의 투과막 시스템이 제안되었으며 이 시스템은 바람직한 생성가스의 순도를 개선시키기 위하여 첨부된 막 단계로 첫번째 단계막을 투과시켜 빠져나가게 함으로서 개선하였다. 눌(Null) 특허, 미합중국 4,264,338은 내부단계 압축기를 갖는 2단계 막 시스템을 나타내었으나, 심지어 그같은 시스템은 통상적으로 본 분야에서 바람직한 정상순도의 생성물을 제공할 수 없었다. 또한 눌(Null)특허는 소위 연속적으로 가스분리(gas sparation cascsde)한 부가막단계의 사용은 가동비용 및 압축기, 막 및 관련된 장치비용을 증가시킴을 지적하였다. 그러므로 많은 예에서, 정상순도의 생성가스를 이룩하기 위해 필요한 비용은 경제적 타당성의 관점을 넘어서 증가됨을 눌(Null)에 의해 발표되었다. 그결과로서, 막 도달과 관련된 유리한 점과 다른 이점이 인식되는데도 불구하고, 투과막은 대다수의 실세 공업적 가스 분리조작에서는 사용되지 않았다.
막의 실제 사용에 대한 이같은 제한을 극복하기 위한 노력이 눌(Null)에 의해 제안된 3단계 막 시스템이며, 이 시스템은 내부단계 압축기를 가지고 두개의 막의 두번째로부터의 비투과성가스를 연속적으로 사용하여 높은온도에서 세번째단계로 통과시키거나 또는 재순환 단계막을 통과시킨다. 2단계로부터 회수된 투과가스는 라인상에서 재압축, 내부단계 압축 및 둘째단계 막으로 압축가스의 통과에 앞서 첫째단계에 투과가스와 혼합된다. 이같은 도달에서, 세번째 단계막으로부터 온 비투과된 가스는 높은온도에서 사용될 수 있으며, 첫번째 단계막으로 재순환을 위하여 공급가스 혼합물의 부가양과 혼합된다. 상기 첫번째 단계막으로부터 온 비투과성가스는 그 시스템으로부터 제거된 유일한 폐가스인 반면, 바람직한 정상순도의 생성가스는 둘째단계막으로부터의 감압에서 회수된 투과가스로 이루어져 있다.
재순환 막단계를 사용한 눌의 방법은 가스분리를 위한 투과막을 사용함으로서 실제 공업적 조작에 앞서 얻을 수 없으나 정상순도의 가스, 즉 수소 또는 헬륨 정제의 경우 약 95-97%의 순도를 제조하기위한 몇몇 구현이 사용될 수 있다. 첫째단계 자체에서 수행한것 보다 투과압력과 다른 요인이 재순환 막으로 하여금 두번째 단계막으로 보다 효과적으로 분리시킬 수 있게 하여준다. 재순환 막에 대한 커다란 추진력이 본 목적을 위하여 요구되었다. 가스분리를 위하여 투과막을 사용한 바와 같이 막과 압축비용의 평형은 본 목적을 위해 필요하였다.
막은 저질의 가스유체의 등급을 높이는데 유리하게 사용될 수 있고, 눌에 의한 다단계 방법을 사용하여 정상순도의 생성물을 제조하는데 효과적으로 사용될 수 있는 반면, 막은 원하는 높은 회수 수준에서 고순도의 생성물을 분리하는데 효과적으로 사용될 수 없다. 본 분야에서 알려진 바와 같은 이같은 목적을 위해서 고순도의 생성물은 대표적으로 수소 또는 헬륨 정제의 경우 약 98% 내지 99.9+몰%의 순도를 갖는 생성가스로 이루어져 있다. 그래서, 눌의 3단계 시스템은 고순도가스의 생산에는 적합하지 않으며, 앞서 나타낸 바와 같이 고순도 수준을 이룩하기 위해 부가적인 막단계의 사용은 그같은 부가적단계와 관련된 엄청나게 비싼비용 때문에 적합하지 않다. 그러므로 원하는 회수 수준에서 고순도의 생성가스를 제조해야 하는 투과막의 장점을 이용한 가스분리 방법을 위하여 본 분야에서 바람직한 방법이 남아있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 투과막의 장점을 이용한 개량된 가스 분리고정을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 투과막을 이용한 가스 분리공정 뿐만 아니라 원하는 회수 수준에서 고순도의 생성물을 회수시킬 수 있는 공정이 제공된다.
이같은 목적에 따라, 본 발명은 첨부된 청구범위에서 특히 지적할 새로운 특성을 하기에 자세하게 설명할 것이다.
본 발명은 최초로 커다란 가스분리를 위한 막단계 또는 투과막을 사용하였으며, 투과된 가스와 함께 분리 및 고순도의 생성가스의 회수를 위하여 압력진동흡착(PSA)계를 통과시켰다. PSA폐가스는 압축시킨 막을 통과시키기 위해 공급가스를 혼합시키고 높은 온도에서 비투과된 가스를 밀어낸다. 여러 공정에서, 비투과된 가스 및/또는 PSA 폐유체는 각각의 실례에서 PSA계로부터 고순도로 회수되어진 생성물가스와 함께, 회수를 높아지게 할 목적으로 부가적 막단계를 통과시킬 수 있다.
또한 본 발명자는 동봉한 도면을 참조하여 설명하였다.
본 발명의 목적은, 고순도의 원하는 생성가스를 유리하게 회수하기 위해서 만들어진 종합공정 내의 PSA장치와, 하나 이상의 단계에서, 위에 언급된 투과막을 이용함으로써 이루어진다. 고순도가스의 원하는 회복을 증가시키기 위해서, 본 발명을 실시할때 이러한 투과막과 PSA장치의 유리한 특성이 이용되었다.
물론, PSA장치 그 자체는 흡착성이 더적은 불순물 또는 기타로서 취급되는 흡착성이 더큰 또하나의 가스성분의 공급가스 혼합물 내에 포함된 흡착성이 더적은 가스성분을 분리·정제하기 위한 잘알려진 장치이다. 일반적으로 흡착은 상부 흡착압력에서 이들 층에서 일어나며, 더 선택적으로 흡착성이 있는 둘째성분은 나중에 하부탈착 압력으로 압력이 감소함에 의해서 탈착된다. PSA 장치 내의 각 층에서 처리절차가 순환과정을 기초로 하여 수행될때, 둘째성분을 부가적인 양의 공급가스 혼합물에서 선택흡착시키기 위해서, 층들을 상부 흡착압력으로 재가압 하기전에, 층들은 또한 이들 층으로부터 둘째성분을 더 탈착 및 제거, 예를 들면 원하는 생성가스에 대한 불순물을 제거하기 위해서 일반적으로 이러한 더낮은 압력에서 정제된다. 이러한 PSA 처리는 Wagner 미합중국 특허 제3,430,418호와 Fuderer 등의 미합중국 특허 제3,986,849호에 공개되었고, 여기서, 다층장치의 사용을 기초로한 순환과정이 상세히 설명되었다. 이러한 순환과정은, 통상 방출된 가스가 일반적으로 압력평형과 정제가스를 목적으로 사용되면서, 흡착단계가 끝났을때 소위 동시 감아단계(들)에서 각 층의 생성말단부로부터 빈공간 가스(void space gas)의 방출에 기초에 두고있다. 그후에 층을 흡착압력으로 재가압 하기전에, 흡착제로부터 가스혼합물의 더 선택적으로 흡착된 성분을 탈착하고 층의 공급말단부로부터 이러한 가스를 제거하기 위해서, 층을 역류에 의해서 갑암하거나 및/또는 정제한다.
지금까지는, PSA장치와 투과막의 이용은, 약 600psig을 초과하는 고압에서 이용될 수 있고, 고농도의 불순물을 함유한 공급가스 스트림으로부터 수와 같은 생성가스를 분리·회복시키는 것에 관해서 공개되었다. 그래서 Doshi의 특허 미합중국 제4,398,926호는 고압 공급가스 스트림에서 불순물에 대량 분리하기 위해서 공급가스 스트림의 투과막으로의 통로와, 최종 정제를 위한 감소된 압력에서, 생성물이 많은 투과가스의 PSA장치에 이루는 통로를 제공하였다. PSA장치에서 생성물 회수율을 증가시키기 위해서, 투과막으로부터 비투과성가스의 일부를 투과압수준, 즉 흡착압수준으로 감압시키고, 그층 내의 동기감압과 나중에서 층의 공급말단부에서 제거된 폐가스 스트림에서 불순물을 탈착 방출시키기 위해서 하부탈착압으로 감압을 하기전에, 상기 압력수준에서 공통 공급가스로서 PSA장치를 지나서 각 흡착층으로 통과시킨다. 이 분야에 통상의 지식이 있는자는, Doshi 공정의 PSA부분의 동시감압 및/또는 정제단계 동안에, 층의 공급단말부로부터 방출된 불순물은 거기서 설명된 전반적인 막-PSA가스 분리작업으로 이루어지며, 막 장소(membrance stage)로부터 비투과성가스의 전부가 PSA장치로 흐른다면 이러한 유일한 제거수단으로 이루어진다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나, Doshi 공정과 반대로, 본 발명을 실시할때 장치로부터 제거된 비투과성가스가 공정을 위한 유일하게 필수적인 부가물 또는 불순물 가스 제거수단을 이룬다는 것을 알 수 있을 것이지만, 본 발명을 실시하는데 사용된 하나 이상의 투과막으로부터 비-투과성가스의 일부가, Doshi 특허에서 공개된 방식으로 PSA장치로 흐를 수 있다는 것을 주목해야만 한다.
제1도를 언급하면, 분리될 공급가스 스트림은, 필요하다면 초기 투과성막 분리를 하는데 필요한 증가된 압력으로 압축시키기 위해서, 관(1)을 통해서 공급가스 스트림(2)으로 흐르게 된다. 이 압축공급가스는, 초기 공급가스 혼합물의 첫째 성분을 선택적으로 충만할 수 있는 투과막장치로 관(3)을 통해서 흐르게된다.
공급가스 스트림의 비투과가스, 즉 투과막을 통과하지 않는 둘째성분이 많고, 첫째성분이 고갈된 가스는 공급가스 스트림이 막장치(4)를 통과하는 본래 높은 압력수준에 있는 관(5)을 통해서 막장치(4)로부터 제거된다. 관(5)의 이 비투과성가스는 본 발명의 전체장치로부터 제거된 유일하게 필요한 폐기를 이루는 것임을 알 수 있다. 관(5)의 스트림이 폐기로서 여겨지지만, 수행되는 특수가스분리와 원하는 생성물에 따라서, 둘째성분이 풍부하고, 첫째성분이 고갈된 비-투과성가스를 이루는 이 스트림은, 그 자체가 원하는 생성물 스트림이 된다는 것을 알 수 있을 것이다. 게다가, 공급가스 스트림의 본래 고압수준에 있는 비-투과성 스트림의 회수는 동력을 일으키는 목적에 바람직하다. 대조적으로, Doshi 공정의 탈착된 불순물을 함유한 동시 감압 및/또는 정제 폐기는 일반적으로 훨씬 더 낮은 압력수준, 즉 사용된 비교적 낮은 탈착압력수준에서 PSA장치의 흡착제층으로부터 제거된다. 이러한 탈착압력은 일반적으로 대기압이거나, 대기압부근이다.
공급가스 스트림은 첫째성분이 풍부하고, 둘째성분이 고갈된 투과성가스는 감압에서 얻어지고, 이 가스는 필요하다면, PSA 공정을 행하는데 필요한 바람직한 상부흡착압력수준으로 상기 투과성가스의 압력을 증가시키기 위해서, 관(6)을 통해서, 이 감압수준에서 직렬식 단간 압축기수단(inpline, inter-stage compressor means)(7)으로 흐르게되며, 바람직한 고순도 생성물을 제조하기 위해서, 공정에서 막장치(4)의 대량 분리에 의한 투과성가스는 최종적으로 정제되어야만 한다. 압축된 투과성가스는 압축기(7)로부터 관(8)을 거쳐서, 바람직한 고순도 생성물을 제조하는 것과 같은 둘째성분의 부가적인 양을 선택적으로 흡착할 수 있는 PSA장치(9)로 흐른다. PSA분야에 통상의 지식을 가진자가 알 수 있듯이, 둘째성분의 선택흡착에 의해서, 둘째성분의 불순물 프란트(impurity front)사 흡착단계를 겪는 PSA장치(9)의 층 또는 층들에서 형성될 수 있을 것이며, 상기 프란트는 흡착제가 선택적으로 흡착되는 둘째성분으로 포화되는 층의 공급말단부에서 시작하는 구역의 리이딩 애지(leading edge)이다. 이 불순물 프란트는, 투과성가스의 부가적인 양이 층의 공급말단부로 이동함에 따라서, 층의 생성말단부의 방향으로 층을 통과해서 진전할 것이다. 흡착되지 않은 정제된 첫째 성분가스는, 관(10)을 거쳐서 층의 생성말단부와 PSA장치로부터 고순도 생성가스로서 제거된다. 상기 생성가스는 본래, 투과성가스가 관(8)을 거쳐서 PSA장치(9)로 이동되는 흡착압력수준에서 얻어진다는 것을 알 수 있을 것이다.
위에서 언급된 Wagner 및 Fuderer등의 특허에서와 같이, 하나 이상의 흡착제층을 가진 장치에서, 수행된 전형적인 PSA 처리 작업과 본 발명을 실시할때, 흡착성이 더 강한 성분, 즉 이경우에 둘째성분을 선택적으로 흡착하고, 흡착성이 덜 강한 성분, 즉 정제될 첫째 성분을 층의 생성말단부에서 제거하기 위해서, 공급가스는 전형적으로 바람직한 상부 흡착압력에서 각 흡착제층으로 이동한다. 이 단계는 일반적으로 흡착단계로 간주되며, 이 단계 후에는 흡착단계의 끝에서 층내에 존재하는 빈공간가스가 층의 생성말단부로부터 방출되는 하나 이상의 동시감압단계가 뒤따른다. 흡착프란트는 흡착성이 더강한 둘째성분의 추가적인 선택흡착에 의해서 이러한 단계(들)동안에, 층의 생성말단부 쪽으로 더욱더 이동하게 된다. 종래의 PSA실시에서와 같이, 본 발명을 실시하는데 있어서, 동시감압 동안에 층의 생성말단부로 방출된 빈공간 가스는, 어떤 특수한 용도에 사용된 특수한 PSA장치 및 순환과정에 따라서, 압력을 평형으로 할 목적으로 초기에 더 낮은 압력에 있는 또하나의 층으로 직접 또는 간접으로 이동되고 및/또는 정제가스를 공급할 목적으로, 탈착되거나 또는 탈착되어진 또하나의 층으로 직접또는 간접으로 이동된다.
이러한 흡착 및 동시감압 단계를 따라서, PSA장치의 각층을 더낮은 흡착압력으로 동시감압되고 및/또는 정제되어, 종래의 PSA실시와 위에 언급된 Doshi공정에서, 정제되는 생성가스로부터 제거된 불순물로 이루어진 폐기를 이루는 것을 층의 공급말단부에서 탈착·제거한다. 그러나, 본 발명을 실시하는데, 역류감압 및/또는 정제가스 유출물은 관(11)을 거쳐서 PSA장치(9)로부터 제거되고, 상기 더낮은 탈착압력에서 압축기수단(12)내의 더높은 압력으로 재 압축된 재발생 스트림을 포함하는 첫째 및 둘째성분으로 이루어지며, 이 압축수단(12)으로부터, 이 유출물은 높은 투과압으로의 압축과 투과성 막장치(4)로의 통로를 위해 관(1)을 흐르는 부가적인 양의 공급가스 스트림과 결합하기 위해서 관(13)을 통해서 재순환된다.
본 발명의 제1도의 실시에 있어서 공급가스의 흐름중의 첫번째의 성분의 원하는 분리는, 통상의 생성물 순도가 본 발명 실시에서 얻어질 수 있는 것에 유사한 바람직한 회수레벨에서 얻어질 수 있는 "널"씨의 특허의 그것을 포함하여 전적으로 얇은 막을 사용하는 실제의 상업적으로 달성될 수 없는 고순도 레벨에서 이루어진다.
본 발명의 제1도의 구현에 있어서 인라인, 인테스테이지의 압축기수단(7)의 사용은 막 시스템(4)으로 하여금 삼투막을 거쳐 유리하게 고압강하에서 가동되도록 하며 그럼으로써 다량의 분리가동이 상기의 막 시스템(4)에서 이루어지는 것을 촉구하게 된다. 압축기(7)는 막 시스템(4)으로부터 PSA시스템(9)의 가동을 위하여 바람직한 상부 흡입압력레벨에까지 비교적 저압에서 회수되는 삼투가스를 재가압하는데 사용된다. 실제로, 이와 같은 구현은, 원하는 생성가스 즉 상기의 공급가스류의 첫 번째 성분의 회수를 증진시키도록 유리한 초기의 다량의 가스분리를 위하여 삼투막의 효율적인 이용의 이점을 갖는다. 이와 같은 막 시스템(4)의 효율적인 사용에 수반되는 상호관계는 압축기(7)의 사용과 관련된 동력요건이다. 추가적으로 "눌"씨의 전적으로 막 사용법에서와 같이 인라인, 인터스테이지 압축기의 사용은 전체 시스템의 신뢰도에 영향을 주는 부가적인 가동요소를 갖게한다. 이렇게 하여 압축기(7)의 고장이나 결함은 가동라인이 압축기의 수리나 대체를 위하여 가동중지 되도록 한다. 제1도의 구현에서는 바람직한 생성물 회수레벨에서 고순도의 생성물을 생산하는 것이 용이하게 한다.
시스템과 함께 삼투막 시스템의 사용을 위한 가장 바람직한 방법을 제시하는 한편 약간의 가스분리작업을 위하여 이와 같은 고순도의, 고도의 회수작업이 압축기의 다른 균형과 그리고 다른 작업비용과 결과로 생기는 생성물 회수레벨과 함께 요망될 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 발명은 여기에서 설명되고 청구된 바와 같이, 제1도에서 도해한 구현에 여러가지 수정을 하여 다음에 거론되는 것으로부터 명백히 나타나듯이 여러가지의 실제 가동환경의 필요와 요구를 수용하도록 변경을 할 수 있는 제법상의 융통성을 갖는다.
막 시스템(4)으로부터의 삼투가스는, 분리기(4)로부터 배출되는 압력레벨 보다 더높은 상한의 흡수, 압력레벨에까지의 압력을 증가시키기 위해 압축기(7)에 대해 인라인으로 통고한다는 것을 주목할 수 있다. 상기한 바로부터, 그러한 경우는 특별한 가스분리작업에서 사용되는 막의 분리효율을 증진시키기 위하여 삼투막을 거쳐 고압의 차이를 갖고 가동되도록한 구체적인 실시에서 쉽사리 발생한다는 것을 알 수 있을 것이다. 특별한 분리작업에 있어서의 원하는 회수레벨이 허용될때에는 인라인, 인터스테이지 압축기수단(7)을 사용하지 않고, 일체로 된 막-PSA시스템을 가동하는 것이 본 발명의 범위내에 있게 된다.
이와 같은 방법상의 변화에 있어서 막 시스템(4)으로부터의 삼투가스는 중간의 압축이 없이 직업 PSA시스템(9)으로 통과하기 위하여 라인(6)에서 라인(14)으로 옮겨진다. 막 시스템(4)으로의 재유입을 위하여 PSA시스템(9)로부터 유출되는 배출단계 및/또는 역류압력 해제의 재순환은 생성물 회수를 향상시키도록 하고 있으나, 이와 같은 회수는 막이 이와 같이 변경되고 인터스테이지가 아닌 압축장용에서의 원하는 생성물과 같이 회수되지 않기 때문에 상기에서 거론한 바와 같이 압축기 수단(7)을 사용하여 일반적으로 그만큼 향상되지 않는 것이다. 이러한 효과의 이유는 삼투막을 거쳐서 생기는 구동력의 결과적인 감소가 생기고 이와같이 변경된 제1도의 작업에서 얻어지는 높은 삼투가스 압력에 있다는 것이다. 이렇게 변경된 구체화에서, 삼투가스는, PSA시스템(10)의 가동을 위한 원하는 상한의 흡수압력레벨로 되는 이전의 삼투가스 압력보다 더높은 삼투가스 압력레벨에서 막 시스템(4)으로부터 특유하게 배출된다. 이 방법의 변경에 있어서 얻어질 수 있는 다소적은 생성물 회수는 상기의 인라인, 인터스테이지 압축기수단(9)과 그에 관련된 비용을 없애줌에 의하여 보충된다. 이 기술분야에서 숙달된 사람은, 실제의 가스분리작업이 제1도의 하나 또는 다른 것이 선택되는 것에 해당하고 또 거기에서 해당하는 모든 관련된 요소에 의존하고, 진행될 분리를 포함하며, 구성부의 성질이 별개로 되어 있으며, 회수와 비용요소가 이와 같은 작업에 해당되고 삼투막재료와 시스템의 성질이 적용되고, 특별한 PSA시스템이 바람직하게 된다는 것을 알 수 있을 것이다.
제1도에 도해된 바와 같은 본 발명의 방법의 더욱 실제적인 변화에 있어서, 압축기수단(7)의 압축후에 막 시스템(4)으로부터의 첫번째 단계의 삼투가스는 통합된 막-PSA작업의 초기 막 분리부분으로부터 최종의 순수화 및 고순도 생성물의 이로운 회수에까지 삼투물의 통과전에 더 분리시키기 위하여 선택적인 제2의 단계 막 시스템(15)으로 통과될 수 있다는 것을 알 수 있다. 상기의 제2단계 막 시스템(15)으로부터의 비삼투성가스는 처음단계의 막시스템(4)으로 공급가스로써 재순화될 수 있다. 이 제법상의 변화에 있어서, 막 시스템(4)을 거쳐 매우 큰 압력차이와 또 막 시스템(15)으로부터의 삼투가스가 PSA시스템(9)에 사용되도록 상한 압력레벨에 있도록 막 시스템(15)을 거쳐 적은 압력차이를 사용하는 초기의 가스분리를 수행하는 것이 편리하다. 이러한 방식으로 가동되면 상기의 제2단계 막 시스템(15)과 PSA시스템(9) 사이에 더 이상의 인라인, 인터스테이지 압축기를 적용시킬 필요가 없는 것이다. 삼투막의 편의와 이용성은 PSA시스템의 증징된 분리 상류흐름을 위한 제2단계의 막을 부가하여 이러한 제법상의 변화에 효율적으로 이용될 수 있는 것이다. 상기의 제1도의 구체화에서, 막 시스템(4)로 통과되는 공급가스의 추가분량과 합하여 라인(13)에서의 재순환을 위한 압축기수단(12)으로 라인(11)에서의 재생흐름의 전부 또는 적어도 일부를 재순환시키는 것이 본 발명의 범위내에 있는 것이다. 단지일부의 이와 같은 재생흐름이 즉 전부는 아니지만, 라인(13)에서 재순환되는 구현에 있어서, 폐기물이나 다른 사용을 위해 라인(16)의 시스템으로부터 라인(11)의 상기의 재생흐름의 일부를 통과시키는 것 그리고/또는 흡수압력레벨에서 또는 적당한 하한의 압력레벨에서 공급이나 대체가스로서 PSA시스템(9)으로 향해 라인(17)을 다시 통하여 상기의 압축수단(12)에서의 부분적인 재압축후에 상기의 재생흐름의 일부를 통과시키는 것이 본 발명의 범위내에 있다.
이 기술분야에 숙달된 사람들은, 라인(13), (16) 및/또는 (17)에서 재순환되는 상기의 재생흐름의 부분들이 각각의 가스분리작업에 따라서 특별한 요구나 작업조건에 의거하여 케이스별로 변화한다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나 특유하게 제1단계 막 시스템으로 통과하는 공급가스와 합쳐져서 라인(13)에서 재순환되는 상기의 재생흐름의 일부는 전체의 재생흐름이 중요한 부분이 될 것이다. 이 기술분야에서 숙달된 사람들은 아래에서 거론되는 제2도 및 제3도의 구현에서와 같이 본 발명의 달리 적용되는 구현에 있어서의 재생흐름은 적어도 일부가 제1단계의 막 시스템과 합하여 유사하게 재순환 되지만 상기의 흐름의 일부가 폐기흐름으로써 유사하게 배출되거나 제1도의 구현에서와 같이 PSA시스템으로 재순환될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 편의상 이와 같은 대안은 본 발명의 제2도와 제3도의 구체화에서 더이상 설명되거나 도해되지 않는다.
제2도는 제2단계의 막 수단이, PSA시스템으로부터 초기단계의 대량분리 막 시스템으로의 재순환 라인에 적용되는 본 발명의 또다른 하나의 구체적인 점을 도해하고 있다. 이 구현에 있어서 라인(21)의 공급가스의 흐름은 요구된다면 압축기(22)에서 원하는 상승 압력에까지 초기 압축되고, 처음 단계의 막 시스템으로 라인(23)에 통과되어 거기에서 비삼투성가스가 상기의 상승 압력레벨로 라인(25)을 통하여 배출되는 것이다. 감소된 압력에서의 삼투가스는 라인(26)의 시스템에서 배출되어 PSA시스템(29)으로 라인(28)에서 통과되기 전에 인라인, 인테스테이지 압축기 내에서 재압축되고, 고순도의 제품가스가 라인(30)을 통하여 해당되는 상부, 흡수 압력레벨에서 배출된다. 역류압력해제와/또는 배출가스 유출로 구성되는 PSA폐기흐름은 압력해제를 위하여 부가적인 압축기수단(32)으로 라인(31)을 통하여 상기의 PSA시스템으로부터 통과되는데, 특히 PSA시스템의 하한 가스방출 압력레벨로부터 전체적 가동의 선택적인 삼투부분을 위하여 적용되는 타당한 압력레벨로 통과되는 것이다. 공급가스 흐름이 막 스테이지(24)와 접촉하고있는 압력보다 더 크거나 같은 상승된 압력으로 라인(31)에서 상기의 재순환가스를 재압축하는 것이 본 발명의 범위내에 있다.
재생흐름으로 구성되는 재압축된 재순환가스는 라인(31)의 재순환 흐름에 나타나는 제1의 성분의 추가적인 분량을 선택적으로 삼투시킬 수 있는 제2단계의 막 시스템(34)으로 라인(33)에서 통과되는 것이다. 제2단계의 삼투가스는 장기의 막단계(34)에서의 감소된 압력레벨에서 얻어지며, 상기의 감소된 압력은 삼투가스가 제1단계 막(24)으로부터 라인(26)에서 배출되는 것과 더 크거나 같은 압력이 된다.
제2단계의 삼투물은 라인(26)에서의 제1단계 삼투물과 합하여 라인(35)에서 재순환되거나 고순도의 생성가스로써 첫번째의 성분의 부가적인 회수를 위해 시스템(29)에서 흡수베드로의 통과를 위해 적용되는 압력레벨에 의거하여 달리 재순환 된다. 가스 혼합물의 제2의 성분에 농축된 제2단계의 농축된 제2단계의 비삼투성가스는 초기단계의 막(24)으로 라인(23)에서 상승 압력에서 통과되는 부가적인 분량의 공급가스 흐름과 합하여 라인(36)에서 편리하게 재순환되고, 또는 삼투막의 비삼투성의 또는 공급측 상에서 적합한 압력으로 라인(25)을 통하여 상기의 막(24)로부터 제거되는 제2의 성분내에 농축되는 비삼투성가스와 합하여 라인(37)을 통하여 전환된다. 어떤 주어진 가스분리작업에 관하여 적용될 수 있는 요구조건과/또는 한계에 의존하여 여러가지의 제법상의 대안에 관하여 제2도의 구체화가 적합화될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 이렇게 하여 제1도의 구현에서와 같이 라인(26)의 삼투가스는 PSA시스템(29)에로 직적 라인(38)을 통과하도록 전환될 수도 있으며, 이렇게하여 압축기 수단(27)의 재압축의 필요도없이 PSA시스템(29)을 위하여 바람직한 상한 흡수입력레벨에 라인(26)에서의 삼투가스가 나타나는 적용에 있어서 압축기수단(27)을 우회하게 된다.
이와 같은 재법상의 대안에 있어서, 제2단계의 막(34)으로부터의 삼투가스는 압축기수단(27)의 재압축이 불필요하게 되도록 압력레벨에서 편리하게 회수된다는 것을 알 수 있다. 이러한 경우에 있어서 제2단계 막으로부터의 삼투가스는 라인(38)에서 제1단계 삼투가스와 합하여 라인(29)에서의 통과를 위하여 라인(35)로부터 편리하게 전환된다. 상기의 PSA유출 재순환 흐름의 처리를 위한 제2단계의 막의 사용은, 고순도의 생성물을 생산하기 위하여 전체적인 가스분리작업에 관하여 여러가지 요구조건에 대한 본 발명의 최적화가 이루어지도록 그리고 생성물 회수와 장비 그리고 가동비용을 균형있게 하는 것을 포함하여 제법상의 변경을 하여 생성물 회수를 증대시키는 부가적인 실제의 수단을 제시하는 것이다.
제3도에 도시된 본 발명의 또다른 실시예에는 상기에서 언급한 제1단계막에서 회수된 비투과성가스로부터 좀더 가스를 분리하고 원하는 만큼의 생산을 하기 위하여 부가적인 막단계가 결합되었다. 본 실시에 따른 제2단계막은 본 발명의 실시예인 제2도에 따른 PSA유출재생막단계를 분리 또는 결합하여 사용할 수 있음을 알게될 것이다.
제3도의 실시예에 있어서, 공급가스는 관(41)을 따라 압축기(42)를 통과하며, 필요한 경우에 상승압력으로 제1단계막시스템(44)으로 통하기 위해 관(43)을 지나가고, 제1단계막시스템으로부터 관(45)을 통하여 PSA시스템(46)으로 투과가스가 지나간다. 도시되어 있지 않지만, 특수한 적용에 있어서 PSA가스분리작용과 막을 위해 필요한 압력수준에 따라, 관(45)을 지나는 상기 투과성가스는 단압축기 사이의 관에서 또한 재압축된다. 관(41)을 통해 압축기(42)를 지나 제1단계막(44)과 접촉하기 위하여 관(43)을 지나는 부가적인 공급가스흐름양과 합해져서 재순환되기 위해 관(49)을 통과하기전에, PSA시스템의 보다 낮은 탈착압력으로부터 재압출되도록 상기 PSA시스템(46)에서 역류감압 그리고/또는 정제유출은 관(47)을 통해 압축기(48)를 통과하게 된다. 비투과성가스는 관(50)을 통해 제1단계막(44)으로부터 제2단계막(51)까지 상기의 상승압력으로 통과되어 제1단계막(44)에 대하여 관계되는 것 이상의 높은 압력차이로 작용된다. 비투과성가스는 관(52)을 통해 상승압력으로 번갈아 상기 막(44)으로부터 제거되고, 상기 비투과성가스는 전체막-PSA시스템으로부터 공급가스 흐름중 투과성이 약한 제2성분의 필연적인 회수를 포함한다. 상기 막(51)으로부터 투과성가스는 관(53)을 통해 회수되고 재압출을 위해 압축기(54)로 지나게 된다. 그렇게 재압축되는 제2단계 투과성가스는 관(55)을 지나 제1단계막(44)에서 PSA시스템(46)까지 관(45)을 지나는 투과성가스와 혼합되게 된다. PSA시스템에서 제1단계막까지 제3단계막시스템이 재순환으로 이용되는 실시예에서, PSA재생흐름을 낮은 탈착압력에서 부분적인 재압축을 한 후 상기 제3단계 또는 재생, 막시스템에서 좀더 분리하기 위해 제2단계막(51)으로부터 상기 재생관까지 관(53)을 통해 지나가는 상기 투과성가스를 재생할 수가 있다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 필요한 생산가스는 순도가 높은 생산물로 PSA시스템(46)으로부터 재생되어지고, 관(56)을 통해 필요한 생산물 재생수준으로 얻어진다. 본 발명의 실시예 제3도는 그리고 관련공정대체안은 가요성작용을 제공하고, 필요한 가스분리작용이 그러한 작용과 관계있는 특수한 필요물, 요구물 및 한계와 비교할 수 있는 방법으로 조정할 수 있게 한다.
여기에 기술된 본 발명은 여러가지 실시예에 있어서, 실제적인 상업작용에서 만나는 여러가지 공급가스흐름의 분리를 위해 실행된다. 상기 기술에서, 막시스템은 확실한 가스분리를 위해 편리하고 바람직하며, 특히, 정련가스 또는 공장정제유출흐름과 같은 비교적 질이 높은 가스흐름은 높은 순도, 수소 또는 헬륨순도에 대하여 95%에서 97%몰%까지 일반적으로 순도를 갖는 만큼 상기에 기술된 정상적인 순도까지 상승한다. 마찬가지로 PSA시스템은 표준순도가스 또는 그러한 순도까지 접근하는 가스를 세정함으로 매우 높은 순도의 생산품을 제공하는데 유리하다. 더우기 상기에 가르킨 도-시 특허에 근접한 막-PSA는 높은 압력에서 이용가능한 공급흐름도로부터 높은 순도의 생산가스의 생산을 위해 바람직하게 이용된다. 여기서 시스템으로부터 역류감압 그리고/또는 정제유출로 인한 배출과 관련되어 얻을 수 있는 생산재생수준의 한계는 묵인된다.
본 발명은 기술적으로 보다 중요한 개선을 제공하고, 높은 순도의 생성가스재생이 기술적 경제적 가능공정에 의해 바람직한 재생수준으로 이루어질 수 있게하며 공급가스흐름은 비교적 불순한 물질을 포함한다.
가스혼합물에서 수소메탄분리정제는 본 발명의 실시에서 처리하기에 알맞은 형태로 설명된다. 그러한 수소-메탄 또는 수소-탄화수소(메탄이 우세)는 바람직한 재생수준에서 높은 순도의 생산품을 생성하기 위해 유리하게 공정되는 비교적 순도가 낮은 혼합가스의 예이다. 예를 들어 90% 까지 보다 높은 수소 응축이 기술적으로 가능하다. 가스혼합물로부터 헬륨-질소를 분리하는 또다른 실시예가 본 발명의 실시에서 사용될 수 있는 공급가스흐름의 형태로 나타난다. 이들 여러가지 다른 응용 에를 들어 공기분리작용에 있어서, 그와 같은 곳에서는 산소가 풍부한 생산흐름이 부분적으로 산소-질소가 풍부한 공급가스흐름 또는 공기로부터 생산되는 것이다. 본 발명은 PSA시스템을 순도가 높은 생성물을 생산하는 능력으로 대량 분리하기 위해 투과성이 있는 막을 편리하게 결합하는 기회를 나타내는 반면 전시스템으로부터 생산손실을 피하는 것을 제시한다.
상기에서 가르친 바와 같이, 본 발명의 순도가 높은 생성물과 표준순도생성물이 다른 가스정제 응용을 위해 낮은 순도를 갖고 있지만 수소 또는 헬륨정제를 위해, 본 발명의 높은 순도 생성은 일반적으로 약 98%에서 약 99.9몰%까지 심지어 99.9%까지 순도를 갖는 생성물을 포함한다. 여기에서 숙고된 바람직한 재생수준을 구성하는 생성회복정도는 약 90%에서 약 95%까지 생성재생정도가 본 발명의 실시예에서 이루어질 수 있다. 본 기술에 숙련된 사람은 공급혼합가스의 제1, 2성분이 제1성분 수소, 제2성분으로 질소 등과 같이 하나의 가스성분에 한정되는 것으로 설명되어지지 않는다는 것을 알게 될 것이다. 반면에 분리되기를 원하는 실질적인 상업성 가스흐름이 이루어지게 되어, 여러 가지 부차적인 성분 또는 불순물이 존재하고 그리고/또는 생성가스가 원하는 또는 인정될 수 있는 양으로 그러한 성분 또는 불순물을 포함하며, 시스템내 하나 이상의 막으로부터 회수된 비투과성 배기물(폐기물) 또는 부산물흐름이 하나 이상의 가스를 포함하는 것이다.
본 발명의 공정에 사용하기 적당한 공급가스흐름은 넓은 작용압력범위에서 가스분리흐름으로 이용가능하다. 따라서, 이 범위를 벗어난 압력이 또한 특수케이스에 관련되지만 약 100-1500psig 압력을 받게된다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 공급가스흐름은 초기 막분리단계를 통과하기전에 압축되어지는 것을 보여준다. 공급가스가 약 100-300psig에서 이용가능하면 가스를 막시스템의 유리한 작용을 위해 600psig 이상으로 압축하는 것이 바람직하다. 다른 예에 있어서, 공급가스흐름은 막분리작용을 위해 필요하거나 원하는 것 이상의 높은 압력이고 이런 경우에 공급가스흐름은 실제적으로 기술된 압력수준에서 초기 막단계를 통과하기전에 감압되어진다.
본 발명의 원리로 사용하기 위하여 적절한 투과할 수 있는 막시스템이 이 분야에 이용되어진다. 이러한 가스분리시스템은 비교적 높은 압력에서, 예를 들면 약 600psig 보다 초과하여 일반적으로 약 2000psig 또는 그 이상으로까지의 전형적인 압력에서 대체로 수소 또는 다른 원하는 생성가스를 선택적으로 투과시킬 수 있는 가스투과막을 포함하고 있다. 유입수단은 분리기의 공급유입부에 대하여 원하는 압력으로 공급가스를 통과시키도록 마련되어 있고, 이와 함께 유출수단은 분리기로부터 감소된 압력으로 원하는 생성물이 풍부한 투과가스를 회수하기 위하여 마련되어 있다. 다른 유출수단이 공급가스압력으로 본래의 분리기로부터 가스흐름의 비투과부분, 즉 막을 통하여 통과하지 않는 부분을 선택적으로 회수하기 위하여 마련되어 있다.
통상적으로 이용할 수 있는 실시예에 있어서, 투과할 수 있는 막은 셀룰로우스 아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트 및, 폴리술폰물질 또는 어떠한 다른 적절한 물질로 만들어진 나선형 감김이거나 또는 속이빈 섬유형태로 분리기구조내에 조립되어 있다. 이러한 섬유는 섬유를 지나는 바람직한 생성가스의 통로를 위하여 이용할 수 있는 보다 큰 막부위를 마련하도록 밀집묶음으로 조립되어질 수 있다. 속이빈 섬유를 사용함으로써, 분리기의 공급유입부와 불투과가스 유출수단은 분리기내에서 이러한 속이빈 섬유의 외측에 유체소통으로 편리하게 되어 있다. 투과할 수 있는 가스유출수단은 그 다음에 속이빈 섬유의 내부와 유체소통 되어진다.
실질적으로 편리한 실시예에 있어서, 불투과 가스유출수단과 투과할 수 있는 가스유출수단은 분리기의 반대편 끝단에 있고, 이와 함께 공급유입수단은 투과할 수 있는 가스유출수단에 인접하게 위치되어 있다. 작동에 있어서, 압축된 공급가스가 분리기로 유입되고, 수소 또는 다른 바람직한 생성가스는 속이빈 섬유벽을 선택적으로 투과한다. 생성물이 풍부한 투과가스는 감소된 압력으로 섬유구멍의 내부를 통하여 통과하고, 분리기의 한 끝단에서 유출수단에 전달되며, 그러는동안 불투과가스는 분리기의 반대끝단에 전형적으로 위치되어진 유출수단을 통해 통과된다. 적어도 하나로 된 그리고 특별한 적용으로 바람직하게 되어질 수 있는 적어도 두개의 흡수베드를 가진 PSA시스템을 사용하는 것이 첨부된 청구범위내에 기재로써 본 발명의 범주내에 있다. 세개에서 약 12개 또는 그 이상의 흡수베드가 일반적인 실시로 사용되어진다는 것을 가정할 수 있다. 다중베드 시스템에 있어서, 바람직하면, 하나의 층의 생성물 끝단으로부터 방출되어지는 동류감압가스는 압력평형을 위하여 시스템내에 하나의 다른 층보다 그 이상으로 통과되어질 수 있다. 두개 또는 세개의 이러한 압력평형단계는 각 층이 그의 상부흡착압력 높이로부터 최후의 그의 하부탈착압력까지 감압되어지도록 일반적으로 사용되어진다.
상기에서 언급되어진 바와 같이, 하나의 층으로부터 방출되는 동류감압가스는 다른 층까지 정제가스를 형성하기 위하여 바람직하게 사용되어질 수 있고, 이러한 가스는 압력평형을 위하여 그리고 정체를 위하여 통상 양편으로 사용되어진다. 복수층 작용으로 통상적으로 관련되어 있는 바와 같은 주기를 진행함으로써 다층의 한 부분과 같은 동류감압을 사용할지라도, 단일층 작동으로, 또는 다층 작동으로, 어떤 동류감압없이 흡착-탈착 PSA순서를 실행하기 위한 것이 본 발명의 구상내에 있다는 것에 주의하여야 한다. 이 분야에 통상의 지식을 가진자는 생성물가스가 층이 중간압력으로부터 상부압력수준까지 재압축되어짐으로써 회수되는 증가압력 흡착단계를 사용하는 것이 본 발명의 범주내에 있다는 것은 인정할 수 있을 것이다. 맥콤스씨(McCombs)의 미국특허번호 3,738,087에 발표되어 있는 이러한 특징은 공기분리작동으로 특별하게 적용되어진다. 전형적으로, 증가압력흡착단계는 상기에서 발표되어 있는 바와 같은 일정한 압력흡착단계없이 동류감압에 의해 허용되어진다.
시스템을 위해 적용되는 공정주기의 모든 단계에서 서로 겹치는 일련의 공정에서 적어도 두개의 흡수상에 대해 공급가스의 통과를 위한 PSA시스템을 적합화하는 것이 본 발명의 구상내에서 그리고 또한 통상의 PSA실시예인 것이다. 마찬가지로, 동등한 싸이즈의 PSA흡수상이 다중상 가동에 통상적으로 적용되는 한편에, 크고 작은 베드를 갖는 PSA시스템을 적용시키는 것이 본 발명의 범위내에 있는 것이다. 유사하게, 삼투막분리부분은 추가적인 공정상의 융통성을 얻기 위하여 바람직하다면 다른 크기로 할 수 있다. 통상적인 실시에 있어서와 같이 어떤 적합한 비석분자를 체질한 재료, 예를 들어 상기에 대한 와그너 및 훠더러씨 등의 특허에서 발표된 것과 같이 어떤 적합한 흡수재료가 본 발명의 PSA시스템에 사용된다 이와 같은 재료는 수소나 다른 높은 고순도레벨에서 회수되는 생성가스로부터 불순물을 선택적으로 흡수할 수 있다면 적합한 것으로 생각된다.
상기한 설명으로부터, 적용된 가동압력은, 여러가지의 요소, 즉 분리될 공급가스스트림과 원하는 순도와 회수레벨과 적용될 삼투막재료와 PSA시스템에 적용되는 흡수재와 전체적인 통합시스템의 세부사항과 적용되는 특별한 PSA 싸이클과 PSA시스템에서의 베드의 수와 막단계의 크기와 모양 등과 같은 요소에 의해 각각의 특별한 적용을 위하여 변화하게 된다는 것을 알 수 있다. 그러나 알반적으로 높은 압력의 PSA 가동의 포함되는 상대적인 비용 때문에 600psig 이하의 압력에서 PSA시스템을 적용시키는 것이 바람직하다. 높은 압력이 PSA시스템에 적용될 수 있는 반면에, PSA시스템의 상한 흡수압력으로 막시스템으로부터 삼투가스의 감소된 압력으로 대등하게하는데 있어서 낮은 압력레벨이 유리하게 된다. 대략 100에서 500psig 편의상 200psig의 항한흡수압력은 본 발명의 목적을 위하여 편리하고 우선되는 것이다. 유사하게 막분리시스템은 약 600psig를 초과하여 2000psig 또는 더 높은 압력으로 통상적으로 가동된다. 상기에서 가리키고 있는 것과 같이, 본 발명의 막시스템으로의 공급가스의 압력과, 또한 감소된 삼투압력과, 또 막단계에서의 압력차이는 가스분리의 원하는 정도에 맞게 결정될 수 있다. 공급가스의 압력과/또는 삼투가스의 압력에 의하여 결정되는 막단계에서의 압력차이는 분리단계에서 바람직한 분리정도와 가스분리작업에서 바람직한 전체적인 회수레벨과 상기한 바와 같이 회수와 압축비용의 균형이 결과에 관련되어 있다. 각 개의 막단계와 가동에 있어서 그것에 대해 통과되는 공급가스의 순도가 낮을수록 압력차이, 즉 거기서부터의 삼투가스 순도의 특별한 레벨을 달성하기 위하여 막을 거쳐서의 구동력은 더 크게 될 것이다.
본 발명의 이점을 설명하는 대표적인 비교예에서, 50% 수소 및 50% 메탄으로 구성되는 정련방출가스는 800psig로 가압되고, 수소생성가스 회수를 위한 즉, 하나는 직렬의 단간압축기를 갖는 일련의 2개의 막으로 구성되고, 다른 하나는 제2단막대신에 사용된 PSA시스템을 갖는 2개의 일체화된 시스템을 통과한다. 제1시스템에서 증가된 압력에서 회수된 비-투과가스는 압축된 공급가스와 더불어 결합하도록 재순환된다.
다른 시스템에서, PSA시스템으로부터 유출된 연류감압화 및/또는 정제가스는 낮은 탈착압력규모로부터 재가압되고, 유사하게 압축된 공급가스흐름과 더불어 결합된다. 2단계 막시스템에서 80% 수소를 함유하는 수소가 풍부한 투과가스는 125psig얻어지고, 제2단계막으로 통과시키기 위해 850psig로 재가압하고, 투과가스는 95% 순도의 정규의 순도를 갖는 수소생성가스로서 300psig에서 회수된다. 비-투과가스는 상기 압축된 공급가스와 함께 결합시키기 위해 약 800psig에서 재순환된다. 모든 막을 구현하는 것과 같은 막시스템을 사용하고, 대략적으로 같은 생성물 회수규모를 얻는 본 발명의 막-PSA 공정에서, 상기 125psig에서 회수된 투과가스는 310psig의 상부흡착압력규모로 재압축된다. PSA 시스템으로부터 회수한 생성가스는 약 300psig에서 모든 막구현으로서 이용할 수 있는 99.0+% 수소로 구성된다. 고순도 수소생성물의 생산과 관련된 압축가격은 모든 막구현을 위한 것보다 얼마간 높은 것으로 발견되었다. 이것은 최초의 막단계로 통과되는 공급가스와 더불어 연결되어 재순환시키기 위해 약 10psig 내지 약 800psig의 PSA 폐기가스의 압축을 반영한다. 상기에서 제시한 것처럼, 막을 가로지르는 구동력은 막분리전에 압축의 다른 규모를 사용하거나 또는 회수된 투과가스를 위한 다른 압력규모로 초래되는 최초 벌크분리의 여러가지 정도를 달성하기 위해 조절될 수 있다. PSA 사이클에 사용된 압력규모와 함께 이러한 입자들은 고순도 생성가스의 제조와 관련된 회수규모 및 압축가격을 적정화하기 위해 케이스 대 케이스로 변할 수 있다.
즉 본 발명은 PSA 기술 및 시스템의 유리한 사용에 의해 원하는 높은 순도생성물을 달성하면서 가스스트림의 벌크분리를 위해 유리하게 사용되도록 투과성막을 이용할 수 있음을 볼 수 있을 것이다. 이러한 상당히 유용한 일체화로 압축으로 인한 생성물회수와 가스분리조작과 관련된 다른 가격간의 관계가 어떤 주어진 조작에 관한 요구 및 필요를 반영하도록 균형을 이루면서 원하는 회수규모를 유지할 수 있다.

Claims (30)

  1. (a) 증가된 압력에서 공급가스스트림과 이러한 공급가스의 제1성분을 선택적으로 투과시킬 수 있는 투과성막을 접촉시켜, 감소된 압력에서 상기 공급스트림의 제1성분이 풍부하고, 제2성분이 감소된 투과부분 및 상기 증가된 압력에서 필수적으로 상기 공급스트림의 제2성분이 풍부하고, 제1성분이 감소된 비-투과부분을 얻고; (b) 투과성막으로부터 상기 비-투과가스를 제거하고; (c) 층의 생성말단으로부터 고순도기체로서 제거되는 흡착되지 않은 제1성분기체와 더불어 상부흡착압력에서 상기 제2성분의 추가양을 선택적으로 흡착할 수 있는 압력진동흡착 시스템에서 흡착층의 공급말단으로 상기 투과가스를 통과시키고; (d) 낮은 탈착압력으로 층은 역류재가압시키고 및/또는 층의 공급말단으로부터 제1 및 제2성분을 함유하는 재발생스트림을 탈착 및 방출시키기 위해 상기 층을 정제하고; 그리고 (e) 공급가스스트림의 추가양과 결합시키기 위해 적어도 상기의 발생스트림 부분을 재순환시켜 제1성분의 분리가 바람직하게 고압규모에서 이용할 수 있는 상기 제2성분과 더불어 높은 순도 및 원하는 회수규모로 얻어짐을 특징으로 하는 가스의 분리를 개선하기 위한 공정.
  2. 제1항에 있어서, 필수적으로 상기의 모든 재발생스트림이 그의 낮은 탈착압력으로부터 재가압되고 상기 공급가스스트림의 추가량과 결합하기 위해 재순환됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 그속에 재순환스트림으로서 사용됨이 없이 전체고정으로부터 상기 재발생스트림의 제2부분배출을 포함함을 특징으로 하는 공정.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압력진동흡착 시스템의 흡착층으로 상기 재발생스트림의 부분을 재순환시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 공정.
  5. 제1항에 있어서, 상기 재발생스트림의 제2부분이 공정으로 배출되고, 적당한 규모로 재압축한 후 그의 제3부분이 상기 압력진동흡착 시스템의 흡착층으로 역으로 재순환될 동안 상기 재발생스트림의 부분이 낮은 탈착압력으로부터 재압축되고, 상기 공급가스스트림의 추가량과 결합시키기 위해 재순환됨을 특징으로 하는 공정.
  6. 제6항에 있어서, 상기 공급가스스트림은 제1성분으로서 수소 및 제2성분으로서 메탄의 혼합물로 구성되고, 수소는 약 98% 내지 약 99.0+%의 순도로 회수됨을 특징으로 하는 공정.
  7. 제6항에 있어서, 상기 수소순도가 약 99.99+%임을 특징으로 하는 공정.
  8. 제1항에 있어서, 상기 투과가스는 압력진동흡착 시스템을 위한 상부흡착압력규모를 구성하는 감소된 압력규모에서 필수적으로 상기 층의 공급말단으로 통과됨을 특징으로 하는 공정.
  9. 제9항에 있어서, 투과가스의 감소된 압력규모는 상기 압력진동흡착 시스템을 위해 상부흡착압력보다 작고, 상기 감소된 압력규모로부터 압력진동흡착 시스템으로 투과가스와 함께 통과시키기전에 상부흡착압력 규모로 재가압하는 것을 특징으로 하는 공정.
  10. 제9항에 있어서, 상기 공급가스스트림은 제1성분으로서 수소 및 제2성분으로서 메탄의 혼합물로 구성됨을 특징으로 하는 공정.
  11. 제1항에 있어서, 상기 재발생시스템에 존재하는 제1성분의 잔류량을 선택적으로 투과시킬 수 있는 제2단계 투과막으로 공급가스와 함께 결합시키기 위해 재순환되는 재발생시스템의 상기 부분을 통과시키고, 그로 인해 제2단계 투과가스를 얻고, 제2단계 투과가스를 공급가스시스템에 의해 접척한 투과성막으로부터의 투과물과 결합하고, 흡착층의 공급말단으로 통과시키기 위해 제1단계막을 구성하고, 제2성분에 풍부한 제2단계 비-투과가스를 공급가스시스템과 결합시키기 위해 재순환됨을 특징으로 하는 공정.
  12. 제11항에 있어서, 상기 결합한 제1 및 제2단계 투과가스는 직렬의 단간압축없이 압력진동흡착 시스템으로 통과시킴을 특징으로 하는 공정.
  13. 제11항에 있어서, 상기 결합한 제1 및 제2단계 투과가스는 압력진동흡착 시스템으로 통과하기전에 낮은 압력으로부터 상부흡착압력으로 재압축함을 특징으로 하는 공정.
  14. 제10항에 있어서, 상기 혼합물의 수소성분이 약 40% 내지 약 90%의 범위임을 특징으로 하는 공정.
  15. 제1항에 있어서, 제1단계 투과성막으로 구성되는 투과성막으로부터 그속에 존재하는 제1성분의 잔류량을 선택적으로 투과시킬 수 있는 제2단계 투과성막으로 비-투과가스를 통과시키고, 제2단계 투과성막으로부터 비-투과성가스를 제거하고, 제1성분의 회수를 개선하기 위해 흡착층의 공급말단으로 통과되는 제1단계 투과가스와 제2단계 투과가스를 결합함을 특징으로 하는 공정.
  16. 제15항에 있어서, 제1단계 투과가스와 결합하기전에 제2단계 투과가스를 제압축함을 특징으로 하는 공정.
  17. 제11항에 있어서, 제1단계 투과성막으로부터 그 속에 존재하는 제1성분의 잔류량을 선택적으로 투과할 수 있는 제3단계막으로 비-투과가스를 통과시키고, 제3단계 투과성막으로부터 비-투과가스를 제거하고, 제1성분의 회수를 개선하기 위해 흡착층의 공급말단으로 통과되는 제1 및 제2단계 투과가스를 결합하기 위해 상기의 제3단계 투과가스를 재순환시킴을 특징으로 하는 공정.
  18. 제17항에 있어서, 제1 및 제2단계 투과가스와 함께 결합하기전에 제3단계 투과가스를 재압축함을 특징으로 하는 공정.
  19. 제18항에 있어서, 압력진동흡착 시스템으로 상기 투과가스를 통과시키기전에 압력진동흡착계의 상부 흡착압력규모로 제1, 제2 및 제3단계 투과가스를 재압축시킴을 특징으로 하는 공정.
  20. 제1항에 있어서, 층의 생성말단으로부터 공극공간가스를 방출시켜 낮은 탈착압력으로 그의 역류재가압하기전에 상부흡착압력규모로부터 상기 층을 동류 재가압함을 특징으로 하는 공정.
  21. 제20항에 있어서, 방출된 공극공간가스는 상기 압력진동흡착 시스템에서 다른 층과 더불어 압력평형 및/또는 정제를 위해 사용함을 특징으로 하는 공정.
  22. 제11항에 있어서, 모든 재발생스트림은 필수적으로 그의 낮은 탈착압력으로부터 재압축되고, 상기 공급가스스트림의 추가양과 결합시키기 위해 재순환시킴을 특징으로 하는 공정.
  23. 제11항에 있어서, 재순환스트림으로서 사용됨이 없이 전체공정으로부터 상기 재발생스트림의 부분을 배출시킴을 특징으로 하는 공정.
  24. 제11항에 있어서, 압력진동흡착 시스템의 흡착층으로 재발생스트림의 일부분을 재순환시킴을 특징으로 하는 공정.
  25. 제15항에 있어서, 모든 재발생스트림은 필수적으로 그의 낮은 탈착압력으로부터 재압축되고, 공급가스스트림의 추가양과 결합시키기 위해 재순환시킴을 특징으로 하는 공정.
  26. 제15항에 있어서, 재순환스트림으로서 사용함이 없이 전체공정으로부터 재발생스트림의 일부분을 배출시킴을 특징으로 하는 공정.
  27. 제15항에 있어서, 압력진동흡착 시스템의 흡착층으로 재발생스트림의 일부분을 재순환시킴을 특징으로 하는 공정.
  28. 제1항에 있어서, 제1성분을 선택적으로 투과시킬 수 있는 제2단계 투과성막으로 단계(c)의 투과가스를 통과시키고, 제2단계 투과성막으로부터 투과성가스는 흡착층의 공급말단으로 통과됨을 특징으로 하는 공정.
  29. 제28항에 있어서, 제2단계 투과성막으로 통과시키기전에 최초 투과성막으로부터 투과가스를 재압축 시킴을 특징으로 하는 공정.
  30. 제29항에 있어서, 공급가스서 제2단계 투과성막으로부터 최초 투과성막으로 비-투과가스를 재순환시킴을 특징으로 하는 공정.
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